网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

双含氧前驱体提升钠离子铝基固体电解质离子电导率 | 进展

0
分享至

全固态钠电池凭借高安全性、低成本及高能量密度等优势,被视为下一代大规模储能系统的重要发展方向。固体电解质作为其核心组件,直接决定了电池的离子传输动力学、固-固界面相容性及整体电化学性能。然而,传统晶态无机固体电解质受限于刚性晶格结构,不仅室温离子电导率偏低,且难以与电极形成紧密接触,这导致电池运行往往依赖50–100 MPa的高外部堆叠压力,严重阻碍了其从实验室走向实际应用。

针对上述瓶颈,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心钠离子电池研究团队于2023年在《Nature Energy》上报道了一种兼具无机陶瓷高离子电导率与有机聚合物柔性的铝基黏弹性无机玻璃固体电解质。尽管铝基玻璃态电解质已初步验证了无外压运行的可行性,但现有体系受限于单一氧源掺杂策略,不仅离子电导率提升空间有限,且产物多因非晶化不完全而呈现刚性粉末特征,难以适应电极体积变化并维持稳定界面。同时,单一氧前驱体难以构筑连续贯通的Al–O–Al桥连网络,致使高离子电导与机械柔性难以协同实现。此外,由于不同含氧前驱体与AlCl₃的低温反应活性差异显著,且缺乏统一的热力学筛选判据,高性能黏弹性铝基电解质的理性设计与开发仍面临巨大挑战。

近日,该研究团队创新性地引入“脱氧焓”作为热力学描述符,提出了“盐-氧”与“金属/非金属氧化物-氧”双含氧前驱体协同设计策略。通过计算分析发现,单一氧源(NaClO或SeO₂)均存在显著局限;而将低脱氧焓的NaClO与中等脱氧焓的SeO₂协同使用,经300–400 ℃低温快速烧结,可成功制备出新型NACDO(0.6NaClO–AlCl₃–0.175SeO₂)固体电解质。该材料有效抑制了NaCl、NaAlCl₄等晶态杂质生成,呈现优异的光学透明性与室温黏弹性(图),室温Na⁺电导率达2.03 mS·cm⁻¹,迁移数为0.87,活化能低至0.17 eV。多尺度表征与AIMD模拟证实,双氧源协同引入了大量桥连氧,连接孤立AlCl₄⁻单元形成多聚铝氧氯阴离子链段,构建了均匀无序的三维骨架,从而大幅拓宽Na⁺传输通道。基于该电解质组装的全固态钠电池(匹配未包覆NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2正极),在0.3 C下循环480圈容量保持率超80%,1200圈后仍保留50%初始容量,且热安全性显著优于液态体系。本工作建立了基于脱氧焓的前驱体筛选准则,在铝基体系中同步实现了高离子电导率、机械形变能力与界面适配性,为卤化物固体电解质的理性设计及向铟、钽基等体系的拓展奠定了基础。


图. 新型NACDO黏弹性固体电解质的设计策略与性能表征。a. NACDO电解质的光学透明性与黏弹性实物展示。b. 钠离子铝基卤化物固体电解质室温离子电导率对比。c. 双含氧前驱体协同反应机理示意图;结合实验表征与计算模拟证实,生成的网络结构具有短程局域有序特征。d. 基于脱氧焓概念的不同含氧前驱体热力学描述符排序,为高效前驱体筛选提供量化依据。

相关研究成果以“Dual oxygen precursors boosting the ionic conductivity of glassy electrolytes for all-solid-state sodium batteries”为题发表在《Advanced Materials》。中国科学院物理研究所博士生唐立昊和中国科学院过程工程研究所蒋礼威项目研究员为论文共同第一作者,中国科学院物理研究所陆雅翔研究员为论文通讯作者。

该研究得到了北京市自然科学基金青年基金重点项目(项目编号:JQ25009)、中央科技委抢占科技制高点专项(项目编号:LDES15 0000)、国家自然科学基金(项目编号:52394170–52394174、52521001)等支持。

编辑:辣条

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
凯迪拉克新车官宣:9月7日,正式上市!

凯迪拉克新车官宣:9月7日,正式上市!

科技堡垒
2026-09-04 10:43:30
内分泌科主任:糖尿病最危险信号,不是口渴,是频繁出现这5异常

内分泌科主任:糖尿病最危险信号,不是口渴,是频繁出现这5异常

健康之光
2026-09-05 18:00:03
神经内科专家提醒:这6种不舒服其实是脑梗,千万别大意,速看!

神经内科专家提醒:这6种不舒服其实是脑梗,千万别大意,速看!

医学科普汇
2026-09-05 18:05:08
即将通航!自治区主席乘船调研

即将通航!自治区主席乘船调研

政知新媒体
2026-09-05 00:47:46
穆里尼奥看走眼!皇马绝对核心灾难拉胯!全场隐身成输球头号罪人

穆里尼奥看走眼!皇马绝对核心灾难拉胯!全场隐身成输球头号罪人

澜归序
2026-09-05 08:17:21
悲催!网传厦门一知名医院陷欠薪风波:百余名员工被拖欠3个月工资,有人在网上发帖哭诉

悲催!网传厦门一知名医院陷欠薪风波:百余名员工被拖欠3个月工资,有人在网上发帖哭诉

火山詩话
2026-09-05 11:55:16
冯德莱恩又给中国下最后通牒!限时1个月,不答应条件就要下狠手

冯德莱恩又给中国下最后通牒!限时1个月,不答应条件就要下狠手

白哥全球事
2026-09-04 15:52:53
郑大一附院连续三任院长落马,此前还有原副院长王家祥被“双开”,原药学部主任受贿超2500万获刑11年

郑大一附院连续三任院长落马,此前还有原副院长王家祥被“双开”,原药学部主任受贿超2500万获刑11年

都市快报橙柿互动
2026-09-04 23:33:36
中国还会出现第2个毛主席吗?外国专家曾说:天才出现具有偶然性

中国还会出现第2个毛主席吗?外国专家曾说:天才出现具有偶然性

乌克兰小静
2026-09-05 08:10:07
A股:中午突发三大消息,不出意外下周一,A股或迎更大震荡行情?

A股:中午突发三大消息,不出意外下周一,A股或迎更大震荡行情?

股侠指北针
2026-09-05 11:41:23
何嘉炜含泪发文!爱妻龚爽病逝,结婚八年每天当纪念日

何嘉炜含泪发文!爱妻龚爽病逝,结婚八年每天当纪念日

橙星文娱
2026-09-05 12:45:00
何勇去世:近年饱受疾病困扰,在红磡“麒麟跳”成经典,张克芃、刘元、郭传林等已相继离开

何勇去世:近年饱受疾病困扰,在红磡“麒麟跳”成经典,张克芃、刘元、郭传林等已相继离开

南方都市报
2026-09-05 10:15:56
美媒:为了应对中国“歼-36”,日本执意将GCAP做得异常庞大,拉高整体造价

美媒:为了应对中国“歼-36”,日本执意将GCAP做得异常庞大,拉高整体造价

零度Military
2026-09-03 15:23:07
郭涛儿子落榜!被迫上北电国际班,一年学费12万,上完学至少80万

郭涛儿子落榜!被迫上北电国际班,一年学费12万,上完学至少80万

寒士之言本尊
2026-09-04 19:27:54
新一轮人口大迁徙定了?中国未来超一半人,大概率会流向这些区域

新一轮人口大迁徙定了?中国未来超一半人,大概率会流向这些区域

兵卒史
2026-09-05 20:18:09
充电器开始"看脸色"了?140W快充用表情告诉你速度

充电器开始"看脸色"了?140W快充用表情告诉你速度

碳基打工人
2026-09-04 18:56:56
他接受纪律审查和监察调查

他接受纪律审查和监察调查

锡望
2026-09-04 11:50:20
阿尔特塔与球员的冲突:从厄齐尔到马丁内利,多数已离队

阿尔特塔与球员的冲突:从厄齐尔到马丁内利,多数已离队

绿茵狂热者
2026-09-04 16:27:21
胡锡进发声!批评武大处理“付磊和曾梦琪”事件,处理得太慢了!都有经验了,也有教训了,处理事情还这样拖泥带水

胡锡进发声!批评武大处理“付磊和曾梦琪”事件,处理得太慢了!都有经验了,也有教训了,处理事情还这样拖泥带水

火山詩话
2026-09-05 06:23:06
陪睡陪玩只是开胃菜,舔手指塞拳头、集体嫖娼、背后的事藏不住了

陪睡陪玩只是开胃菜,舔手指塞拳头、集体嫖娼、背后的事藏不住了

北海史记
2026-08-12 19:57:54
2026-09-05 20:44:49
中科院物理所 incentive-icons
中科院物理所
爱上物理,改变世界。
10482文章数 136636关注度
往期回顾 全部

科技要闻

华为何庭波,再次更新韬定律论文

头条要闻

菲副总统莎拉最新发声:我会被杀 我不信任法院、警察

头条要闻

菲副总统莎拉最新发声:我会被杀 我不信任法院、警察

体育要闻

科比和勒布朗:冠军年份的背身

娱乐要闻

她曾被名导抛弃,凭《生逢其时》翻红

财经要闻

被曝试药后死亡,药企董事竟怒怼记者

汽车要闻

全新第四代博越Li‑HEV系列 怎么开都省

态度原创

健康
旅游
亲子
教育
军事航空

脑梗取栓成功≠活下来,还有这三关

旅游要闻

沪上这一新晋打卡点 浓缩了苏州河120年的记忆

亲子要闻

“你该长大了”,宝妈撒娇痛哭,不愿走1.5公里送娃上学,力竭了

教育要闻

代际传递创伤:孩子叛逆是因为妈妈从来没被尊重过

军事要闻

俄罗斯建"粉碎大日本帝国"纪念碑 日本急了

无障碍浏览 进入关怀版